프로세스와 스레드에 대해서(보완 예정)

1. 프로세스와 스레드

   (1) 프로세스

   • 프로세스는 컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램

   • 메모리에 올라와 실행되고 있는 프로그램의 인스턴스(독립적인 개체)

   • 프로세스는 운영체제로부터 자원을 할당받는 작업의 단위

   • 즉, 동적인 개념으로는 실행된 프로그램을 의미한다.

   • 프로세스는 실행될 때 운영체제로부터 프로세서, 필요한 주소 공간, 메모리 등 자원을 할당받음.

   • CPU 시간, 운영되기 위해 필요한 주소공간, Code, Data, Stack, Heap의 구조로 되어 있는 독립된 메모리 영역

     

   • 프로세스는 각각의 독립된 메모리 영역을 할당받는다.

   • 기본적으로 프로세스 당 최소 1개의 스레드(메인 스레드)를 가지고 있다.

   • 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 없다.

   • 한 프로세스가 다른 프로세스의 자원에 접근하려면 프로세스 간 통신(IPC, inter-process communication)을 사용해야한다.

     (2) 스레드

   • 스레드란 한 프로세스 내에서 동작되는 여러 실행의 흐름으로 프로세스 내 주소 공간이나 자원들을 같은 프로세스 내에 스레드끼리 공유하면서 실행

   • 스레드는 프로세스가 할당받는 자원을 이용하는 실행의 단위

   • 프로세스의 특정한 수행 경로

     

   • 스레드는 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당받고 Code, Data, Heap 영역은 공유

   • 각각의 스레드는 별도의 레지스터와 스택을 갖고 있지만, 힙 메모리는 서로 읽고 쓸 수 있다.

   • 한 스레드가 프로세스 자원을 변경하면, 다른 이웃 스레드(sibling thread)도 변경 결과를 즉시 볼 수 있다.

     (3) 프로세스와 스레드에 대한 질문은 결국에 운영체제가 시스템의 자원을 어떤 단위로 할당하고, 프로세스와 스레드는 이 자원을 어떻게 사용하느냐를 알고 있냐에 대한 질문

2. 멀티 프로세스, 멀티 스레딩

   (1) 멀티 프로세스

   • 하나의 응용 프로그램을 여러 개의 프로세스로 구성하여 각 프로세스가 하나의 작업(태스크)을 처리하도록 하는 것

   • 여러 개의 자식 프로세스 중 하나에 문제가 발생하면 그 자식 프로세스만 죽는 것 이상으로 다른 영향이 확산되지 않는다.

   • Context Switching에서의 오버헤드 가능성

   • 프로세스 간 어려운 통신기법 IPC

     (2) 멀티 스레드

   • 하나의 응용프로그램을 여러 개의 스레드로 구성하고 각 스레드로 하여금 하나의 작업(태스크)를 처리하도록 하는 것

   • 웹 서버는 대표적인 멀티 스레드 응용 프로그램

   • 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어 들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다. (시스템 자원 소모 감소)

   • 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단

   • 스레드 사이의 작업량이 작아 Context Switching이 빠르다.

   • 프로세스 간의 통신보다 스레드 간의 통신의 비용이 적으므로 작업들 간의 통신의 부담이 줄어든다.

   • 스레드는 프로세스 내의 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문이다.

   • 주의 깊은 설계 필요, 까다로운 디버깅

   • 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대하기 어려움

   • 다른 프로세스에서 스레드를 제어할 수 없음

   • 멀티 스레드의 경우 자원 공유의 문제가 발생(동기화 문제)

   • 하나의 스레드에 문제가 발생하면 전체 프로세스가 영향을 받음

3. 멀티 스레딩을 사용하는 이유 정리

   (1) 의미

   • 프로그램을 여러 개 키는 것 보다 하나의 프로그램 안에서 여러 작업을 해결하는 것

     

     (2) 이유

   • 자원의 효율성 증대

   • 멀티 프로세스로 실행되는 작업을 멀티 스레드로 실행할 경우, 프로세스를 생성하여 자원을 할당하는 시스템 콜이 줄어들어 자원을 효율적으로 관리할 수 있다.

   • 프로세스 간의 Context Switching시 단순히 CPU 레지스터 교체 뿐 아니라 RAM과 CPU 사이의 캐쉬 메모리에 대한 데이터까지 초기화되므로 오버헤드가 크기 때문

   • 스레드는 프로세스 내의 메모리를 공유하기 때문에 독립적인 프로세스와 달리 스레드 간 데이터를 주고 받는 것이 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.

   • 처리 비용 감소 및 응답 시간 단축

   • 프로세스 간의 통신보다 스레드 간의 통신의 비용이 적으므로 작업들 간의 통신 부담이 줄어든다.

   • 스레드는 Stack 영역을 제외한 모든 메모리를 공유하기 때문

   • 프로세스 간 전환 속도보다 스레드 간의 전환속도가 빠르다.

   • Context Switching시 스레드는 Stack 영역만 처리하기 때문

   • 그러나 동기화 문제, 스레드 간 자원 공유는 전역 변수(데이터 세그먼트)를 이용하므로 함께 사용할 때 충돌이 발생할 수 있다.